حل اختيار المواد المناسبة وتحسين الهيكلية

​I. الخلفية​
تعتبر الكابلات الكهربائية الوسيلة الأساسية لنقل الطاقة والرسائل الكهربائية، ويؤثر أداؤها بشكل مباشر على كفاءة النظام وسلامة التشغيل والاستقرار طويل الأمد. في ظروف التشغيل المعقدة، يمكن أن تؤدي مشاكل مثل خصائص مواد الموصل الكهربائي غير الكافية، أو تآكل/فشل طبقة العزل، أو الحماية الميكانيكية الضعيفة بسهولة إلى زيادة فقدان الطاقة وزيادة مخاطر التفاف الدوائر القصيرة وحتى مخاطر الحريق. لذلك، من الهام اختيار المواد بطريقة علمية وتحسين البنية لتعزيز أداء الكابلات العامة لضمان تشغيل الأنظمة الكهربائية والاتصالات بشكل موثوق.

​II. الحل​
​1. تحسين مواد الموصل: تحقيق التوازن بين التوصيل والاقتصادية​

• ​الاستراتيجية الأساسية:​​ يُفضل استخدام النحاس عالي النقاء بدون أكسجين (OFC). إذ تتجاوز قدرته على التوصيل 58 MS/m، مما يتجاوز الألمنيوم (حوالي 35 MS/m)، مما يقلل بشكل كبير من خسائر الحرارة جول (I²R) أثناء النقل وتحسين كفاءة الطاقة.
• ​تقسيم السيناريوهات:​​
• ​التطبيقات ذات المسافة المتوسطة/القصيرة والتي تتطلب تيارًا عاليًا:​​ يجب الاستمرار في استخدام الموصلات النحاسية. يجب تصميم مساحة المقطع العرضي لتلبية متطلبات التحميل (مثل الكابلات الكهربائية ≥70mm²)، للتأكد من انخفاض المقاومة وإنتاج الحرارة.
• ​النقل الجوي عبر مسافات طويلة:​​ اختر سبائك الألمنيوم الموصلة (سلسلة AA-8000). وللقدرة المكافئة على التحميل، يكون وزنه حوالي 50% أقل من النحاس، مما يقلل بشكل كبير من حمل أبراج النقل وتكاليف التركيب. ملاحظة: يتطلب نقاط اتصال الموصلات الألمنيوم معالجة خاصة (معجون مضاد للأكسدة، براغي ذات عزم دوران) لمنع التواصل السيء وإنتاج الحرارة.
• ​الحل المبتكر:​​ للتطبيقات التي تتطلب الحساسية الاقتصادية وتقليل الوزن (مثل أسلاك الحزمة للمركبات الجديدة للطاقة)، يمكن اختيار الموصلات المغطاة بالنحاس (CCA)، مما يحافظ على التوصيل السطحي العالي بينما يقلل من الوزن بنسبة حوالي 30%.

​2. تعزيز طبقة العزل: تعزيز مقاومة درجات الحرارة العالية والمتانة​

• ​المادة المفضلة:​​ البولي إيثيلين المتشابك (XLPE). وتشمل مزاياه الرئيسية:
• ​الأداء الحراري:​​ تصل درجة الحرارة المستمرة للعمل إلى 90°س (أعلى بـ 30°س من PE القياسية)، وتتحمل درجة حرارة القصر الكهربائي 250°س، مما يبطئ بشكل كبير عملية الشيخوخة الحرارية.
• ​خصائص العازل الكهربائي:​​ مقاومة الحجم > 10¹⁴ Ω·سم، وخسارة العازل الكهربائي عند التردد الصافي < 0.001، مما يضمن موثوقية العزل في البيئات ذات الجهد العالي (مثل كابلات الطاقة 35kV).
• ​قوة الميكانيكا:​​ يعزز الهيكل المتشابك مقاومة الاختراق ويقدم مقاومة ممتازة للكسر تحت الضغط البيئي (ESCR).
• ​رد الفعل على الظروف الخاصة:​​
• ​نقل الإشارات عالية التردد:​​ استخدم عزل البولي إيثيلين المتمدد كيميائيًا/فيزيائيًا لتقليل الثابت الكهربائي (εr≈1.4)، مما يقلل من تناقص الإشارة.
• ​البيئات ذات درجات الحرارة المتطرفة:​​ استخدم عزل الفلوروبلاستيك المقاوم للحرارة (مثل ETFE)، والذي يصل درجة الحرارة العاملة فيه إلى 150°س.

​3. تحسين تصميم البنية: تعزيز الحماية الميكانيكية والأمان​

• ​نظام الحماية الطبقي:​​
• ​طبقة الملء:​​ املأ الفجوات داخل الموصلات الملتوي باستخدام خيوط من مادة ماصة للماء (راتنج البولي أكريليت الخارق) أو مركبات مانعة للماء لتحقيق الحماية من الماء طوليًا (وفقًا لـ IEC 60502). بالنسبة لكابلات متعددة النوى، استخدم حبل ملء البولي بروبيلين للحفاظ على الشكل الدائري.
• ​الغلاف الداخلي:​​ اختر البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) أو البولي يوريثين الحراري (TPU) لتوفير مقاومة للماء شعاعيًا ومقاومة للضغط الجانبي (مقاومة التقطيع ≥2000N/100mm).
• ​الدرع (اختياري):​​
• البيئات ذات الضغط الميكانيكي الشديد (مثل الدفن المباشر): استخدم الدرع من شريط الصلب المجلفن (السمك ≥ 0.2mm).
• الاحتياج إلى مقاومة الالتواء (مثل كابلات المناجم): استخدم الدرع من سلك الصلب الرفيع المتشابك.
• ​الغلاف الخارجي:​​
• ​الحماية الأساسية:​​ الكلوريد البولي فينيلي (PVC)، ذو تكلفة فعالة ومع مقاومة جيدة للأحوال الجوية (درجة الحرارة العاملة: -20°س ~ 70°س).
• ​تعزيز الأمان:​​ مركب منخفض الدخان وخالي من الهالوجين (LSZH)، مؤشر الأكسجين ≥32، وكثافة الدخان Dₛ ≤60 (وفقًا لـ GB/T 19666)، مما يقلل بشكل كبير من انبعاث الغازات السامة (HCl <5mg/g) ومخاطر التعتيم البصري أثناء الحريق.
• ​مقاومة التآكل:​​ غلاف نايلون 12، صلابة روكويل R120، مناسب لتطبيقات الانحناء الديناميكي مثل كابلات سحب الروبوت.
• ​تصميم التوافق الكهرومغناطيسي (EMC):​​ أضف شبكة سلك نحاسي (التغطية ≥85%) لكابلات الجهد المتوسط/العالي. للكابلات المحركة ذات التردد المتغير (VFD)، استخدم شريط مركب من الألمنيوم والبوليستر + درع من النحاس المغطى بالقصدير لتقليل التداخل عالي التردد (≥60dB في النطاق 30MHz~1GHz).

​III. ملخص قيمة الحل​
من خلال اختيار الموصل المناسب لكل سيناريو (النحاس/الألمنيوم)، يتم تحقيق توازن ديناميكي بين كفاءة التوصيل والتكلفة. يضمن العزل XLPE الاستقرار العازل في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. يبني الهيكل المركب متعدد الطبقات (الملء + الغلاف + الدرع الاختياري) حواجز ميكانيكية ووقائية ضد الحرائق. يقلل هذا الحل من فقدان نقل الكابل بنسبة 15%~20% (النحاس مقابل الألمنيوم)، ويمد عمر الخدمة لأكثر من 30 عامًا (XLPE مقابل PVC)، ويقلل من مخاطر الحريق بنسبة 70% (LSZH مقابل PVC) من خلال الغلاف المانع للهب، مما يلبي بشكل شامل المتطلبات الأساسية للكفاءة والأمان والاستقرار.